《现代普通测量学》教案及课后习题参考答案.docx

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《现代普通测量学》教案及课后习题参考答案

《工程测量》课程教案

及习题参考答案

第1章绪论

一、学习目的与要求

学习目的

了解现代普通测量学概况、清楚学习《现代普通测量学》的目的和要求。

学习要求

1.了解测绘学与测量学的关系、现代测绘学的发展现状。

2.掌握地球空间信息学（Geomatics）的定义和概念。

3.了解现代测绘学的在国民经济及工程建设中的作用。

4.清楚学习课程的目的和要求。

5.了解测量学的任务及它与专业培养目标的关系。

二、课程内容与知识点

1.测绘学研究的对象，测绘学的分科，现代测绘学的发展现状，我国测绘事业的发展。

2.地球空间信息学（Geomatics）与现代测绘学的任务。

3.现代测绘学的在国民经济及工程建设中的作用。

三、习题与思考题

1.测绘学研究的内容是什么？

答：

测量学研究的内容分测定和测设两部分。

其中测定是将地面上客观存在的物体，通过测量的手段，将其侧成数据或图形；测设是将人们的工程设计通过测量的手段，标定在地面上，以备施工。

2.Geomatics的含义是什么？

答：

对所研究的物体，包括地球的整体及其表面和外层空间的各种自然和人造实体，利用接触与非接触式的测量仪器、传感器及其组合系统，对这些实体进行信息的采集、量测、存储、管理、更新、分析、显示、分发（传输）和利用的一门科学和技术。

或称

地球空间信息学。

四、考核目标与要求

识记：

测绘学的定义，测绘学研究的对象。

领会：

Geomatics的含义，现代测绘学发展的特点、涉及的行业。

第2章测量学的基础知识

一、学习目的与要求

1.掌握测量学的基础知识，清楚参照系的选择以及地面点定位的概念。

2.了解水准面与水平面的关系。

3.明确测量工作的基本概念。

4.深刻理解测量工作的基本原则。

5.充分认识普通测量学的主要内容。

二、课程内容与知识点

1.地球特征，大地水准面的形成，地球椭球选择与定位。

地球形状和大小。

水准面的特性。

参考椭球面。

2.确定点位的概念。

点的平面位置和高程位置。

3.测量中常用的坐标系统，坐标系间的坐标转换。

天文坐标（λ，φ），大地坐标（L，B），空间直角坐标（X，Y，Z），高斯平面直角坐标（x，y），独立平面直角坐标（x，y）。

高斯投影中计算带号的公式：

计算中央子午线的公式：

4.地面点的高程。

1985年国家黄海高程基准。

高程与高差的关系：

。

5.用水平面代替水准面的限度。

对距离的影响：

对水平角的影响：

对高差的影响：

6.测量工作的基本概念。

测量工作的原则：

从整体到局部、先控制后碎部；步步检核。

测量工作的内容：

地形图测绘，施工测量。

三、习题与思考题

1.何谓大地水准面？

它在测量工作中起何作用？

答：

静止平衡状态下的平均海水面,向大陆岛屿延伸而形成的闭合水准面。

特性:

唯一性、等位面、不规则曲面；

作用：

测量野外工作的基准面。

2.测量中常用的坐标系有几种？

各有何特点？

不同坐标系间如何转换坐标？

答：

测量中常用的坐标系统有：

天文坐标系、大地坐标系、高斯平面直角坐标系、独立平面直角坐标系。

3.北京某点的大地经度为116º20′，试计算它所在的六度带和三度带带号，相应六度带和三度带的中央子午线的经度是多少？

答：

L0=6ºN-3º=117º；L’0=3ºn=117º。

4.什么叫绝对高程？

什么叫相对高程？

两点间的高差如何计算？

•答：

绝对高程H（海拔）：

地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离；

•相对高程H'：

地面点沿铅垂线方向到任意水准面的距离。

•高差h：

地面两点高程之差；

。

5.什么是测量中的基准线与基准面？

在实际测量中如何与基准线与基准面建立联系？

答：

重力方向线即铅垂线,是测量工作的基准线；测量上统一以大地水准面为野外测量工作基准面。

地面点空间位置一般采用三个量表示。

其中两个量是地面点沿投影线（铅垂线）在投影面（大地水准面）上的坐标；第三个量是点沿着投影线到投影面的距离（高度）。

6.测量工作的基本原则是什么？

哪些是测量的基本工作？

答：

测量工作应遵循两个原则：

从整体到局部，先控制后碎部（为了减少误差结累；加快测量速度,这项原则是对总体工作）；前项工作未作检核，不进行下一步工作（从而保证成果质量，是对测绘具体工作）。

四、考核目标与要求

识记：

大地水准面，1985年国家高程基准，绝对高程与相对高程。

定位参照系及定位元素。

经度，纬度，直角坐标。

测量工作的基本原则。

测量工作的基本内容，测绘地形图及施工测量的概念。

领会：

参照系的形成，大地水准面与参考椭球面、垂线与法线的区别。

高斯投影的概念，高斯坐标系的建立、高斯坐标的表示。

测量平面直角坐标系与数学平面直角坐标系的不同之处，测量工作原则。

简单应用：

高斯—克吕格坐标系横坐标自然值与通用值的关系，高程与高差的确定。

第3章水准测量

一、学习目的与要求

学习目的

掌握水准测量的相关知识，做好水准测量实施前的技术准备，通过水准测量的实验，达到独立操作水准仪，完成多个测站水准测量的观测、检核、成果整理所必须具备的实践能力。

学习要求

1.深刻理解水准测量的原理和高程传递要领。

2.清楚水准仪的构造，及其主要轴线的关系。

3.掌握水准仪的操作要领，能够完成水准测量中的观测、检核、记录、计算，及水准测量路线的成果计算。

4.认识精密水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪及数字水准仪。

5.清楚水准仪的检验与校正方法

6.了解引起水准测量误差的因素，及相应的消除、削弱这些误差的方法。

二、课程内容与知识点

1.水准测量原理。

高差法：

前视与后视；仪高法：

视线高。

转点的概念。

公式：

2.水准仪及其使用

DS3微倾式水准仪的构造，内对光望远镜成像原理，望远镜放大率。

水准管零点，水准器的分划值。

视准轴、水准管轴、圆水准器轴、仪器竖轴。

满足条件：

水准管轴平行于望远镜视准轴，圆水准器轴平行于仪器竖轴，十字丝中横丝垂直于仪器竖轴，。

水准仪操作步骤：

立尺，置架，粗平，照准，精平，读数，记录，搬站。

视差及其消除方法。

水准尺：

塔尺，单面尺，双面尺及尺常数。

尺垫。

3.精密水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪及数字水准仪的构造及使用。

4.水准测量实施

水准点：

永久性水准点。

临时性水准点。

水准路线：

附合水准路线，闭合水准路线，支水准路线。

水准网，水准结点。

普通水准测量的一般要求，施测程序。

公式：

测站检核方法：

双仪高法，双尺面法。

公式：

水准测量成果整理：

高差闭合差的计算检核、高差改正数的计算、高差改正数的分配原则。

5.DS3水准仪的检验与校正

水准仪轴线应满足的条件：

圆水准器轴平行于仪器竖轴，水准管轴平行于望远镜视准轴，十字丝中横丝垂直于仪器竖轴。

圆水准器轴的检验校正；水准管轴的检验校正；十字丝中横丝的检验校正。

6.水准测量误差

仪器及工具误差：

视准轴与水准管轴不的误差平行，望远镜对光时调焦透镜运行的误差，水准尺的误差。

观测误差：

水准管气泡居中的误差∆，估读水准尺的误差mV，水准尺倾斜的误差∆b。

公式：

外界条件的影响：

地球曲率的影响，大气折光的影响f，仪器升沉的影响，尺垫下沉的影响，温度变化对视准轴与水准管轴夹角的影响。

公式：

四、习题与思考题

1.设A为后视点，B为前视点，A点的高程是20.123m.当后视读数为1.456m,前视读数为1.579m,问A、B两点的高差是多少?

B、A两点的高差又是多少？

绘图说明B点比A点高还是低?

B点的高程是多少?

答：

hAB=-0.123m，hB=20.000m.

2.何为视准轴?

何为视差?

产生视差的原因是什么?

怎样消除视差?

答：

通过物镜光心与十字丝交点的连线CC称为望远镜视准轴，视准轴的延长线即为视线，它是瞄准目标的依据。

由于物镜调焦不完善，导致目标实像与十字丝平面不完全重合出现相对移动现象，称为视差。

其原因由于物镜调焦不完善，使目标实像不完全成像在十字丝平面上；在目镜端观测者眼睛略作上下少量移动，如发现目标也随之相对移动，即表示有视差存在；再仔细进行物镜调焦，直至成像稳定清晰。

3.水准仪有哪些主要轴线？

它们之间应满足什么条件？

什么是主条件？

为什么？

答：

水准仪的轴线主要有：

视准轴

，水准管轴

，圆水准轴

，仪器竖轴

。

水准仪轴线应满足的几何条件为：

1）圆水准轴应平行于仪器竖轴（

∥

）；

2）十字丝中丝应垂直于仪器竖轴（即中丝应水平）；

3）水准管轴应平行于视准轴（

∥

）。

4.将图中的水准测量数据填入表中，A、B两点为已知高程点HA=23.456m，HB=25.080m，计算并调整高差闭合差，最后求出各点高程。

测站

测点

水准尺读数

实测高差

/m

高差改正数

/mm

改正后高差

/m

高程

/m

后视（a）

前视（b）

Ⅰ

BMA

1

1.322

1.764

-0.432

-4

-0.436

23.456

Ⅱ

1

2

1.411

1.167

+0.244

-4

+0.240

23.020

Ⅲ

2

3

1.503

0.840

+0.633

-4

+0.659

23.260

Ⅳ

3

BMB

1.781

0.616

+1.165

-4

+1.161

23.919

计算

检核

Σ

6.027

4.387

+1.640

-16

+1.624

25.080

fh=∑h-（HB-HA）=+0.016m即16mm

5.设A、B两点相距80m，水准仪安置于中点C，测得A尺上的读数a1为1.321m，B尺上的读数b1为1.117m,仪器搬到B点附近,又测得B尺上读数b2为1.466m,A尺读数为a2为1.695m。

试问水准管轴是否平行于视准轴？

如不平行，应如何校正？

答：

由公式计算：

因

>

，故水准管不平行视准轴。

对于

角大于

的水准仪需要进行校正。

因

，说明视线向上倾斜。

校正：

水准仪在I2点处不动，旋转微倾螺旋，使十字丝中丝对准A尺上的正确读数

（1457mm），此时符合水准气泡就不再居中了，但视线已处于水平位置。

用校正针拔动位于目镜端的水准管上、下两个校正螺丝，使符合水准气泡严密居中。

此时，水准管轴也处于水平位置，达到了水准管轴平行于视准轴的要求。

校正需反复进行，使

角合乎要求为止。

6.调整如图所示的闭合水准测量路线的观测成果，并求出各点高程，HI=48.966m。

点号

测站数ni

观测高差hi（m）

高差改正数

（m）

改正后高差

（m）

高程H（m）

备注

BM.4

10

+1.224

+0.005

+1.229

50.000

已知

A

51.229

8

-1.424

+0.004

-1.420

B

49.809

8

+1.781

+0.004

+1.785

C

51.595

11

-1.714

+0.006

-1.708

D

49.886

12

+0.108

+0.006

+0.114

BM.4

50.000

∑

49

-0.025

+0.025

fh＝∑h测－（HB－HA）＝-25mmfh容＝±12

＝±84mm

mm∑

＝25mm

四、考核目标与要求

识记：

水准点，转点，水准管分划值，视差，视准轴，水准管零点，水准管轴，圆水准器轴，仪器竖轴，水准尺常数等概念。

记录计算、观测及成果检核方法。

闭合水准路线，附合水准路线，高差改正数，容许误差的计算，闭合差调整，成果计算方法。

领会：

高差法、仪高法计算高程。

双面尺分划特征。

内对光望远镜成像原理。

符合水准器与微倾螺旋运动之间的关系。

仪器误差、观测误差、外界条件对观测成果的影响；水准尺尺长误差，水准尺分划误差，水准尺零点差，气泡居中误差，水准尺倾斜的误差，地球曲率的影响，大气折光的影响，仪器升沉的影响，尺垫下沉的影响。

第4章角度测量

一、学习目的与要求

学习目的

认识经纬仪的组成部分及其用途，清楚角度测量原理，掌握测角方法。

通过实验，达到独立操作经纬仪，完成水平角、竖直角的观测、检核、成果整理所必须具备的实践能力。

学习要求

1.理解水平角及竖直角测角原理

2.认识清楚光学及电子经纬仪的构造及相应的读数系统。

3.清楚经纬仪的主要轴线及其之间的关系。

4.掌握经纬仪的操作要领。

5.学会用测回法测水平角，竖直角，计算竖盘指标差。

6.了解测角误差的来源、性质及消除、削弱误差的对策。

二、课程内容与知识点

1.角度测量原理：

水平角的定义，水平角的测量原理。

竖直角的定义，仰角，俯角。

竖直角的测量原理。

公式：

水平角β=b–a0<β<3600

2.经纬仪及角度测量

DJ6级光学经纬仪的构造：

照准部，水平度盘，基座。

视准轴、水准管轴、横轴、仪器竖轴。

满足条件：

水准管轴垂直于仪器竖轴，望远镜视准轴垂直于横轴，横轴垂直于仪器竖轴；圆水准器轴平行于仪器竖轴，十字丝竖丝垂直于仪器横轴。

分微尺测微装置，度盘格值，复测机构，读数方法。

光学经纬仪使用操作步骤：

对中，整平，瞄准（消除视差），读数，记录。

水平角观测（测回法）：

安置仪器，盘左观测、盘右观测，方向读数。

半测回角值。

公式：

方向观测法：

技术要求。

竖直角观测：

竖盘部分：

竖盘，竖盘指标，竖盘指标水准管，竖盘指标水准管微倾螺旋。

盘左、盘右读数规律。

竖直角计算公式：

α左=900-L（或α左=L-900）

α右=R-2700（或α右=2700-R）α<|900|

竖盘指标差：

3.经纬仪的检验与校正

经纬仪应满足的条件。

照准部水准管轴的检验校正。

望远镜十字丝纵丝的检验校正。

望远镜视准轴的检验校正。

照准部横轴的检验校正。

竖盘指标差的检验校正。

光学对中器的检验校正。

4.电子经纬仪与光学经纬仪的区别读数系统：

编码度盘，光栅度盘，格区式度盘。

5.水平角测量误差

仪器误差：

仪器校正后的残余误差。

照准部偏心差、度盘刻划误差。

观测误差：

对中误差。

标杆倾斜误差，照准误差，读数误差。

外界条件影响。

三、习题与思考题

1.什么是水平角？

经纬仪如何能测水平角？

•答：

水平角定义：

（1）为地面上O点至A和B两目标方向线在水平面P上投影的夹角β，称为水平角。

（2）地面上一点到两目标的方向线间所夹的水平角，就是过这两方向线所作两竖直面间的二面角。

2.什么是竖直角？

观测水平角和竖直角有哪些相同点和不同点？

•答：

竖直角是同一竖直面内倾斜视线与水平线之间的夹角，其角值小于等于90度；仰角为0~90；俯角为-90~0；视线水平时竖直角α=0°。

3.计算表中水平角观测数据。

测站

竖盘位置

目标

水平盘读数

º′″

半测回角值

º′″

一测回角值

º′″

各测回平均角值

º′″

I

测回

O

左

A

0º36′24″

1073612

1073603

1073602

B

108º12′36″

右

A

180º37′00″

1073554

B

288º12′54″

II

测回

O

左

A

90º10′00″

1073542

1073600

B

197º45′42″

右

A

270º09′48″

1073618

B

17º46′06″

4.计算表中方向观测阿水平角观测成果。

测站

测

回

数

目

标

水平度盘读数

2c=左-（右±180º）″

平均读数=[左+（右±180º）]/2

归零后方向值

º′″

各测回归零方向值的平均值

º′″

各测回方向间的水平角

º′″

盘左读数

º′″

盘右读数

º′″

O

1

A

00236

1800236

0

00236

00000

00000

B

702336

2502342

-6

702339

702105

702056

702056

C

D

A

2281924

2541754

00230

281930

741754

1800236

-6

0

-6

2281927

2541754

00233

2281651

2541518

2281602

2541516

1575506

255914

2

A

900312

2700312

0

900312

00000

B

1602406

3402354

12

1602400

702046

C

D

A

3182000

3441830

900318

1381954

1641824

2700312

6

6

6

3181957

3441827

900315

2281643

2541513

5.整理表中竖角观测记录。

测站

目标

竖盘位置

竖盘读数

º′″

竖直角

º′″

指标差

″

平均竖直角

备注

O

M

左

75º30′04″

-132100

+9

-132051

度盘为顺时针注记

右

284º30′17″

-132042

N

左

101º17′23″

+74742

+6

+74748

右

258º42′50″

+74754

6.经纬仪上有哪些主要轴线？

它们之间应满足什么条件？

为什么？

答：

1.经纬仪的轴线：

横轴HH；视准轴：

CC；水准管轴：

LL；竖轴：

VV；圆水准轴：

L'L'。

2.应满足的条件

水准管轴垂直于竖轴LL⊥VV；视准轴垂直于横轴CC⊥HH；

横轴垂直于竖轴HH⊥VV；十字竖丝垂直于横轴竖丝⊥HH；

圆水准轴平行于竖轴L'L'∥VV。

四、考核目标与要求

识记：

水平角，竖直角，度盘分划值，视准轴，横轴，仪器竖轴，照准部水准管轴，竖盘指标差等概念。

垂球对中、光学对中器对中及整平的目的及方法。

测回法测量水平角，竖直角观测方法。

经纬仪轴线应满足的关系。

领会:

角度测量原理，竖角计算公式的推导规律，盘左、盘右观测的意义。

电子经纬仪与光学经纬仪的区别。

经纬仪检验方法及校正原理方法。

仪器误差，观测误差，外界条件等对观测成果的影响。

简单应用：

在测站上对中，整平、照准、读数、记录的操作要领，运用盘左、盘右进行检核。

采取角度测量误差的消除和削弱的相应对策。

综合应用：

按操作DJ6级光学经纬仪，按测回法的技术要求，正确地观测一个三角形的内角和竖直角。

第5章距离测量与直线定向

一、学习目的与要求

学习目的

认识距离测量设备的组成部分及其用途，清楚距离测量原理，掌握距离测量方法。

通过实验，达到独立操作仪器设备，完成水平距离的测量、检核、成果整理所必须具备的实践能力。

建立直线定向的概念，能够熟练地进行方位角的有关运算。

学习要求

1.认识距离丈量工具，了解钢尺量距的一般方法和精密方法，学会量距成果的整理。

了解钢尺检定的方法。

2.理解视距测量的原理，掌握用视距测量的方法进行水平距离和高差的测定。

3.了解光电测距仪相位法测距原理，初步掌握用光电测距仪测量距离的方法。

4.认识全站仪，清楚全站仪使用过程。

5.清楚标准方向的建立，方位角之间的关系，方位角的推算。

6.了解距离测量过程中的误差影响及其防止、消除、削弱误差的方法。

二、课程内容与知识点

1.钢尺量距

丈量工具：

钢尺、测钎、垂球、标杆。

直线定线：

在两点间定线、两点延长线上定线。

一般精度量距方法：

前尺手，后尺手。

标点、定点、对点、持平投点。

往测、返测。

相对误差，相对成果。

公式：

2.钢尺的精密量距

量距工具：

钢尺、弹簧秤、温度计、经纬仪、水准仪等。

量距过程：

清理现场，经纬仪定线，概量，钉尺段桩，标十字线，尺段丈量。

。

尺段高差测定。

尺段计算：

尺长改正、温度改正、倾斜改正、全长计算。

3.钢尺检定

尺长方程式与钢尺检定的方法。

钢尺量距的误差分析

钢尺误差：

尺长误差，检定误差。

观测误差：

定线误差、拉力误差、倾斜误差、对点及投点误差。

外界条件影响：

垂曲反垂曲误差，温度误差，风力影响。

丈量注意事项。

4.视距测量

视距测量的原理，视准轴水平、视准轴倾斜。

公式：

观测方法和步骤。

视距常数测定，视距测量误差分析。

掌握用视距测量的方法进行水平距离和高差的测定。

5.红外光电测距仪

电磁波测距仪的分类：

光电测距仪、微波测距仪。

光电测距仪：

普通光源测距仪、激光测距仪、红外测距仪。

光电测距原理：

相位式测距原理。

公式：

ND3000型红外测距仪的工作过程，测距边长改正计算。

6.全站仪及其使用

全站仪的组成，SOKKIASET510全站仪的介绍，SOKKIASET510全站仪的操作。

7.直线定向

三北方向：

真北、轴北、磁北、子午线收敛角、磁偏角。

关系公式：

方位角的概念，标准方向线，真方位角。

坐标方位角。

磁方位角。

磁偏角与子午线收敛角，不同方位角之间的关系。

公式：

坐标方位角的推算公式：

三、习题与思考题

1.下列为视距测量成果，计算各点所测水平距离和高差。

测站H0=50.OOm仪器高i=1.56m

点号

上丝读数

下丝读数

尺间隔

中丝

读数

竖盘

读数

竖直角

高差

水平距离

高程

备注

1

1.845

0.960

1.40

86°28′

0332

0.16

88.5

50.16

2

2.165

0.635

1.40

97°24′

-724

0.16

153.0

50.16

3

1.880

1.242

1.56

87°18′

0242

0

53.8

50.00

4

2.875

1.120

2.00

93°18′

-318

0

175.5

50.00

2.根据如图所示的四边形的起始边坐标方位角以及各内角值，求其余各边坐标方位角。

3.根据如图所示的起始边坐标方位角以及各水平角,计算其余各边坐标方位角。

四、考核目标与要求

识记：

水平距离，直线定线，量距相对误差，往返测量，标准拉力、标准温度、钢尺名义长，视距测量，视距常数，相位法测距，距离改正，直线定向，标准方向线、方位角，方位角推算等概念

领会:

定线原理，钢尺量距的方法，相对误差、尺长改正、温度改正、倾斜改正计算。

视距测量计算公式中各符号的含义。

光电测距原理。

用左角或右角推算方位角。

在不同的距离测量方法中，影响距离测量精度的因素，

应用：

用钢尺按往返测，用一般的方法进行距离测量；再用经纬仪按视距测量的方法进行测量；然后用测距仪（或全站仪）对该段